1.Тепловое (термальное) загрязнение
естественных водоёмов и их последствия.
Вода - важнейший минерал
на Земле, который нельзя заменить
никаким другим веществом. Она
составляет большую часть любых
организмов, как растительных, так
и животных, в частности, у человека на её долю приходится
60-80% массы тела. Вода является средой обитания
многих организмов, определяет климат
и изменение погоды, способствует очищению
атмосферы от вредных веществ, растворяет,
выщелачивает горные породы и минералы
и транспортирует их из одних мест в другие
и т.д. Для человека вода имеет важное производственное
значение: она и транспортный путь, и источник
энергии, и сырье для получения продукции,
и охладитель двигателей, и очиститель
и т.д.
Проблема сохранения
качества воды является на данный момент самой актуальной.
Науке известно более 2,5 тыс. загрязнителей
природных вод. Это пагубно влияет на здоровье
населения и ведет к гибели рыб, водоплавающих
птиц и других животных, а также к гибели
растительного мира водоёмов. При этом
не только ядовитые химические и нефтяные
загрязнения, избыток органических и минеральных
веществ, поступающих со смывом удобрений
с полей, опасны для водных экосистем.
Очень важным аспектом загрязнения водного
бассейна Земли является тепловое загрязнение,
которое представляет собой сброс подогретой
воды с промышленных предприятий и тепловых
электростанций в реки и озера. [4]
1.1.Использование воды из естественных
водоёмов в качестве охладителя.
Наиболее крупные
проблемы термального загрязнения
связаны с тепловыми электростанциями. Выработка
электричества с помощью пара неэффективна,
поскольку в этом случае используется
37-39% энергии, заключённой в угле, и 31% ядерной
энергии. Несмотря на все недостатки, тепловые
электростанции продолжают существовать.
Большая часть энергии
топлива, которая не может быть
превращена в электричество, теряется
в виде тепла. Наиболее простым
способом избавления от этого
тепла является выброс его
в атмосферу. Но более экономичный
путь состоит в использовании
в качестве охладителя воды с её способностью аккумулировать
огромное количество тепла с незначительным
повышением собственной температуры,
чтобы затем она сама постепенно отдавала
тепло в воздух.
Серьёзной экологической
проблемой является то, что обычным
способом использования воды для поглощения тепла является
прямая прокачка пресной озерной или речной
воды через охладитель и затем возвращение
её в естественные водоёмы без предварительного
охлаждения. Для электростанции мощностью
1000 МВт требуется озеро площадью 810 га,
глубиной около 8,7 м.
Электростанции могут
повышать температуру воды по
сравнению с окружающей на 5-15
С. Если температура воды в
водоёме составляет 16 С, то температура
отработанной на станции воды
будет от 22 до 28 С. В летний период
она может достигать 30-36 С.[8]
1.2.Последствия теплового загрязнения
естественных водоёмов.
Повышение температуры
в водоёмах пагубно влияет
на жизнь водных организмов. В
течение длительной эволюции
холоднокровные обитатели водной
среды приспособились к определённому
интервалу температур. Для каждого вида
существует температурный оптимум , который
на определённых стадиях жизненного цикла
может несколько изменяться. В определённых
пределах эти организмы способны приспосабливаться
к жизни при более высоких или более низких
температурах. Если организм живет в условиях
самых высоких температур присущего ему
интервала, он настолько к ним приспосабливается,
что гибель его может наступать при температурах
несколько более высоких, чем для организма,
постоянно живущего в условиях более низких
температур. Большая часть водных организмов
быстрее приспосабливается к жизни в более
тёплой воде, нежели в более холодной.
Однако эта способность к адаптации не
имеет абсолютных максимальных или минимальных
пределов и меняется в зависимости от
вида.
В естественных
условиях при медленных повышениях
или понижениях температур рыбы
и другие водные организмы
постепенно приспосабливаются к
изменениям температуры окружающей
среды. Но если в результате
сброса в реки и озёра горячих
стоков с промышленных предприятий быстро устанавливается
новый температурный режим, времени для
акклиматизации не хватает, живые организмы
получают тепловой шок и погибают.
Тепловой шок - это
крайний результат теплового
загрязнения. Результатом сброса
в водоёмы нагретых стоков могут быть иные, более коварные
последствия. Одним из них является влияние
на процессы обмена веществ. Согласно
закону Ван Хоффа, скорость химической
реакции удваивается с увеличением температуры
на каждые 10 С. Поскольку температура тела
холоднокровных организмов регулируется
температурой окружающей водной среды,
повышение температуры воды усиливает
скорость обмена веществ у рыб и водных
беспозвоночных. В свою очередь это повышает
их потребность в кислороде. В то же самое
в результате повышения температуры воды
содержание в ней кислорода падает, тогда
как потребность в нём живых организмов
возрастает. Возросшая потребность в кислороде,
его нехватка вызывают жестокий физиологический
стресс, и даже смерть. В летнее время повышение
температуры воды всего на несколько градусов
может вызвать 100%-ную гибель рыб и беспозвоночных,
особенно тех, которые обитают у южных
границ температурного интервала. [4]
Искусственное подогревание
воды может существенно изменить
и поведение рыб - вызвать несвоевременный нерест, нарушить миграцию. Если
разрушающая сила электростанций превышает
способность видов к самовосстановлению,
популяция приходит в упадок.
Повышение температуры
воды способно нарушить структуру
растительного мира водоёмов. Характерные
для холодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми
и, наконец, при высоких температурах полностью
ими вытесняются.
Если тепловое загрязнение
усугубляется поступлением в
водоём органических и минеральных
веществ (смыв удобрений с полей,
навоза с ферм, бытовых стоков), происходит процесс эвтрофикации, то
есть резкого повышения продуктивности
водоёма. Азот и фосфор, служа питанием
для водорослей, в том числе микроскопических,
позволяет последним резко усилить свой
рост. Размножившись, они начинают закрывать
друг другу свет, в результате чего идёт
процесс их массового отмирания и гниения,
сопровождающийся ускоренным потреблением
кислорода, вплоть до полного его исчерпания.
А в этом случае, как уже говорилось, вся
экосистема может погибнуть.
Кроме изменения
среды обитания водных организмов электростанции могут
оказывать на них и физическое влияние.
Солёная вода, использующаяся для охлаждения,
оказывает сильное коррозирующее влияние
на металлические поверхности и вызывает
высвобождение ионов металлов, особенно
меди, в воду. Ракушечные животные накапливают
медь в таких количествах, что становятся
непригодными для использования их человеком.
Все перечисленные
выше последствия теплового загрязнения
водоёмов наносят огромный вред
природным экосистемам и приводят
к пагубному изменению среды обитания человека. Ущербы,
образовавшиеся в результате теплового
загрязнения, можно разделить на:
- экономические (потери вследствие снижения продуктивности водоёмов, затраты на ликвидацию последствий от загрязнения);
- социальные (эстетический ущерб от деградации ландшафтов);
- экологические (необратимые разрушения уникальных экосистем, исчезновение видов, генетический ущерб). [8]
1.3.Технологические пути решения
проблемы охлаждения на электростанциях .
Вместо использования
в качестве охладителя воды из естественных водоёмов инженерами
разработан метод, позволяющий решить
данную проблему без вреда для окружающей
среды. Это метод испарительных или охладительных
башен. Вместо спуска нагретой воды в реку
электростанция перекачивает эту воду
в нижнюю часть 90-150-метровой охладительной
башни со скошенными стенками. Нагретая
вода из труб разбрызгивается на водоуловитель
и охлаждается, стекая через ряд перегородок
и планок. Температурные и атмосферные
различия, созданные нагретой водой, вызывают
приток воздуха, который всасывается снизу,
проходит между планками и перегородками
и выходит через верхнее отверстие башни.
Вода скапливается в бассейне под днищем
башни и вновь возвращается в конденсатор.
Незначительная часть воды , примерно
2,8-4,0 % , теряется при испарении.
Другим типом охладительной
башни является испаряющая циркуляционная
сухая колонна. В ней используются
воздушно-охладительные батареи,
через которые при помощи естественной
тяги или при помощи механических
вентиляторов, приводимых в действие самой станцией, проходят большие
объёмы воздуха. Потери воды на испарение
в работе такой колонны отсутствуют.
При использовании
охладительных башен полностью
исключается тепловое загрязнение
среды, но данное природоохранное
мероприятие требует определённых материальных затрат.
1.4.Экономический эффективность
природоохранных мероприятий во избежание
теплового загрязнения.
Эффектом от вложения
средств в строительство охладительных
башен является уменьшение не
поддающегося количественной оценке
экологического ущерба, а также экономического
ущерба от загрязнения окружающей природной
среды. Очень важную роль играет постройка
таких сооружений в тех районах , где ощущается
недостаток воды. В последнее время количество
используемой для промышленного охлаждения
воды значительно возросло и, если не будут
внедряться существующие и разрабатываться
новые методы охлаждения, ежедневная потребность
электростанций в воде к 2000 г. составит
4750 м .
Эффективность природоохранных
мероприятий, в частности, постройки
охладительных башен на электростанциях
можно представить в виде отношения :
- уменьшение экономического
ущерба в результате снижения
степени загрязнений
- приведённые годовые
затраты на осуществление природоохранных
мероприятий
Под суммарным уменьшением экономического ущерба в результате
снижения или полного устранения теплового
загрязнения естественных водоёмов подразумевается
денежная оценка увеличения продуктивности
рыбного хозяйства, уменьшение затрат
на ликвидацию последствий загрязнений,
в частности, на очистку водоёмов от избыточной
и отмирающей биомассы.
Также уменьшением
экономического ущерба можно
было бы считать уменьшение
суммы штрафных санкций, накладываемых
государством на предприятия,
загрязняющие окружающую среду.
Однако этот аспект очень редко играет решающую роль, поскольку,
несмотря на то, что природоохранное законодательство
Российской Федерации на данный момент
и является довольно обширным и разносторонним,
на практике оно действует недостаточно
эффективно. Причин этому много, но одной
из важнейших является несоответствие
тяжести наказания тяжести преступления
, в частности низкие ставки взимаемых
штрафов.
Уголовная ответственность
и возмещение нанесённого ущерба
применяются очень редко. Да
и невозможно этот ущерб полностью
возместить, так как часто он достигает огромных
размеров или вообще не поддаётся денежному
измерению.
Рассмотрим другой
аспект проблемы проведения природоохранных
мероприятий, то есть приведённые
затраты на их осуществление.
Приведённые затраты
складываются из текущих затрат на содержание природоохранного
оборудования ( электроэнергия для испаряющих
колонн, заработная плата обслуживающего
персонала и другие) и капитальных затрат
на строительство сооружений и покупку
природоохранного оборудования. Однако
поскольку оборудование и сооружения
функционируют не один год, то и общую
величину капитальных затрат приводят
к годовой размерности с помощью нормативного
коэффициента эффективности. Формула
приведённых затрат выглядит следующим
образом:
- текущие затраты
- капитальные затраты
- нормативный коэффициент
эффективности, обычно равен 0,12.
Однако такого рода
расчеты довольно сложны в
части определения ущерба от
загрязнения окружающей среды
и величины её предотвращения.
Как правило, они используются
на уровне регионов или отраслей народного хозяйства.
Природоохранные мероприятия,
направленные на устранение теплового
загрязнения электростанциями, требуют
больших средств, например, если
на электростанции устанавливается
испаряющая циркуляционная сухая
колонна, то приведённые затраты на её строительство
и содержание будут составлять около 30%
стоимости всего оборудования. Особенность
проблемы заключается в том, что весь энергетический
комплекс и, в частности, тепловые электростанции,
входит в государственный сектор экономики.
Следовательно, средства на природоохранную
деятельность можно получить только из
государственного или муниципального
бюджета. Но, к сожалению, затраты на охрану
окружающей среды стоят в этих бюджетах
отнюдь не первой строкой.
В нашей стране
на данный момент все затраты на природоохранную
деятельность составляют менее 1%
валового национального
продукта. В то время, как сумма
ущерба соответствует приблизительно
8-9 % ВНП.
Между тем на
приведённом ниже графике видно,
что для достижения экономического оптимума (то есть наилучшего соотношения
затрат и результатов) эти суммы должны
быть равны друг другу, а для достижения
экологического оптимума, когда уровень
загрязнения окружающей среды находится
в пределах ПДК (предельно допустимой
концентрации вредных веществ, а в случае
теплового загрязнения - предельно допустимой
температуры воды, спускаемой в водоём),
затраты должны быть такими, чтобы ущерба
не возникало вообще.
Соотношение экологического
и экономического оптимумов вложений
средств в природоохранную деятельность.
1 - кривая расходов
на ликвидацию ущерба от загрязнений